Konvensjonell eller High Definition tDCS for å forbedre implisitt motorisk sekvenslæring hos friske unge voksne?

STUDERE DESIGN

Etterforskerne vil gjennomføre en enkelt-blind, sham-kontrollert, motvektsstudie. For det sekvensspesifikke aspektet av IMSL (primært utfall), vil en blandet faktoriell gjentatte tiltak ANOVA bli utført med "enhet" (2 nivåer: konvensjonell tDCS, HD tDCS) som mellom-subjektfaktor og "stimulering" (2 nivåer: anodal, sham), "blokker" (2 nivåer: tilfeldig blokkering, gjennomsnitt av tilstøtende blokker) og "tid" (3 nivåer: under, post5min, post1week) som innen-fagsfaktorer. På samme måte, for generell læring (sekundært utfall), vil en blandet faktoriell gjentatte tiltak ANOVA bli utført med "enhet" (2 nivåer: konvensjonell tDCS, HD tDCS) som mellom-fagsfaktor og "stimulering" (2 nivåer: anodal, sham) , "blokker" (7 nivåer: blokk 1-6, blokk 8) og "tid" (3 nivåer: under, post5min, post1week) som innen-fagsfaktorer. Deltakerne blir tilfeldig tildelt enten den konvensjonelle tDCS-gruppen eller HD tDCS-gruppen ved blokkrandomisering. Alle deltakere vil motta både anodal (ekte) og sham (placebo) tDCS i en tilfeldig rekkefølge. Motbalansering vil bli utført av en uavhengig etterforsker som bruker Microsoft Excel®.

REKRUTTERINGSSTRATEGI

Friske unge voksne vil bli rekruttert fra Vrije Universiteit Brussel. Det er ingen begrensninger eller forbud for fagene.

MATERIALER

For den konvensjonelle tDCS vil en 1x1 lavintensitets likestrømsstimulator (Soterix Medical Inc, New York, USA) brukes til å generere og levere tDCS gjennom et par identiske firkantede gummielektroder (størrelse 35 cm2), plassert i rektangulært saltvannsoppblåst. svamper. For stimulering av M1 vil elektrodene plasseres over C3 eller C4 i henhold til det internasjonale 10-20 elektroencefalogramsystemet, matchende med M1 kontralateral til den utøvende hånden. Referanseelektroden vil bli plassert på F1 eller F2, ipsilateralt til den utøvende hånden.

Den nåværende stimuleringen vil sakte økes fra 0 milliampere (mA) til 2 mA på ett minutt. For den anodale tDCS-tilstanden vil denne intensiteten opprettholdes i løpet av SRT-oppgaven (ca. 20 minutter), som er godt innenfor evidensbaserte sikkerhetsstandarder for tDCS. Dette vil resultere i en strømtetthet på 0,057 mA/cm2. For den falske tDCS-tilstanden - ukjent for forsøkspersonen - vil stimuleringen gradvis reduseres mot 0 mA umiddelbart etter ett minutts opptrapping. I løpet av den siste blokken av SRT-oppgaven, vil denne gradvise opp- og nedstigningen av gjeldende stimulering gjentas for å optimalisere prosessen med blending av deltakere. For å kontrollere for blinding av forsøkspersonene, vil forsøkspersonene etter siste økt bli spurt om de var klar over stimuleringstilstanden eller ikke. Forbigående bivirkninger vil bli kartlagt av eksperimentatoren i løpet av og to uker etter tDCS-protokollen, og kan inkludere en lett kløende følelse under elektroden, rødhet i huden under elektroden, hodepine, kvalme, tretthet eller søvnløshet.

For High Definition tDCS vil en 4x1 flerkanals stimuleringsadapter (Soterix Medical Inc, New York, USA) brukes til å levere HD tDCS over M1. Ved å koble den konvensjonelle tDCS-enheten (beskrevet ovenfor) til denne flerkanalsstimuleringsadapteren, leveres likestrømmen langs 4x1 HD tDCS-konfigurasjonen, noe som muliggjør nevromodulasjon begrenset til ønsket område. I motsetning til de relativt store svampelektrodene som brukes i konvensjonelle tDCS-montasjer (Figur 1A), leveres stimulering via HD tDCS ved hjelp av en sentral gel-elektrode og fire returelektroder plassert i plastinnkapslinger innebygd i en EEG-hette (Figur 1B ). Oppsett av enheten vil bli gjort i henhold til den omfattende eksperimentelle protokollen levert av Villamar og kolleger (2013). For stimulering av venstre M1, kontralateralt til den utøvende høyre hånden, vil den anodale stimuleringen leveres via den sentrale elektroden som tilsvarer C3 og holdes på plass ved hjelp av den spesialdesignede syntetiske hetten for å holde HD-tDCS-elektrodene på hodet. Returelektrodene er plassert ved Cz, F3, T7 og P3 (internasjonalt 10-20 elektroencefalogramsystem), se figur 2. For høyre M1, kontralateralt til den utøvende venstre hånden, vil den sentrale elektroden være plassert ved C4 med returelektrodene ved Cz, F4, T8 og P4. Den stimulerende (anodale) likestrømmen vil økes i 60 sekunder til en intensitet på 2 mA, og opprettholdes i løpet av SRT-oppgaven (ca. 20 minutter).

Serial Reaction Time-oppgaven (SRT-task) vil bli brukt til å bestemme IMSL. SRT-oppgaven vil bli utført på en bærbar PC med E-Prime®-programvare (Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania, USA). Deltakerne vil bli bedt om å trykke på de horisontalt justerte responstastene C, V, B, N på et standard azerty-tastatur for henholdsvis et mål lengst til venstre, venstre, høyre og lengst til høyre. Svar vil bli gitt med pekefingeren på den minst berørte hånden når det gjelder personene med PD og med den dominerende hånden når det gjelder de friske kontrollpersonene. Hvis begge hender er like påvirket hos personene med PD, vil den dominerende hånden også bli brukt. Svartastene C, V, B og N vil være de eneste synlige tastene, alle andre nøkler vil dekkes.

FREMGANGSMÅTE

Eksperimentet vil finne sted på et laboratorium ved Vrije Universiteit Brussel (VUB) eller i et stille rom hjemme hos deltakeren, under oppsyn av etterforskeren.

Etter en screeningøkt (T0), hvor baseline demografiske egenskaper (kjønn, alder, dominerende hånd) vil bli samlet inn. Deltakerne vil bli tildelt enten den konvensjonelle tDCS-gruppen eller HD tDCS-gruppen og vil bli sett fire ganger (T1-T4) i løpet av minst fem til maksimalt elleve uker. Alle fire øktene vil starte med en praksis-SRT-oppgave på én tilfeldig blokk med 25 forsøk, etterfulgt av den faktiske eksperimentelle SRT-oppgaven på åtte blokker på 72 forsøk med en tretti sekunders pause mellom påfølgende blokker. I blokkene 1 til 6 og blokk 8, rekkefølgen til målet (dvs. svart prikk)-plasseringer vil følge en gjentatt sekvens. Dette er ukjent for deltakeren. Begrunnelsen er at reaksjonstidene vil avta med repetisjon av sekvensen gjennom blokk 1-6 og 8, noe som angir en generell treningseffekt (sekundært resultatmål). Når den repeterende sekvensen plutselig endres til en tilfeldig sekvens i Blokk 7, vil reaksjonstiden øke i Blokk 7 og reduseres en gang til i regelmessig sekvensert Blokk 8, noe som betegner en sekvensspesifikk læringseffekt (primært utfallsmål). For å kontrollere for mulige overførselseffekter, vil SRT-oppgaven følge en annen sekvens i hver stimuleringstilstand (f. 132342134142 i T1-T2 og 243413241213 i T3-T4). For å sikre at IMSL er uavhengig av en spesifikk sekvens, vil seks forskjellige, strukturelt identiske, sekvenser på 12 elementer lange bli balansert mellom deltakerne.

Den første intervensjonsøkten (T1) vil bli planlagt minst 1 uke etter screeningøkten (T0) og vil bestå av aktiv (anodal) tDCS eller sham (placebo) tDCS administrert under SRT-oppgaven. Fem minutter etter tDCS vil forsøkspersonene bli bedt om å utføre en kort, tre-blokkers versjon av SRT-oppgaven uten bruk av tDCS for å undersøke potensielle kortsiktige konsolideringseffekter: Blokk 1 og 3 følger samme vanlige sekvens som tidligere; Blokk 2 følger en tilfeldig sekvens.

Den andre økten (T2) planlegges en uke senere. I løpet av denne en uke etter tDCS-sesjonen vil den samme fullversjonen av SRT-oppgaven fra en uke tidligere bli utført, denne gangen uten bruk av tDCS, for å bestemme potensielle langsiktige konsolideringseffekter. Etter T2 vil det planlegges en utvaskingsperiode på minst tre uker for å kontrollere for overføringseffekter mellom de to stimuleringsbetingelsene (active/sham tDCS). Cross-over vil finne sted og den samme prosedyren med motsatt stimuleringstilstand vil bli gjentatt under den tredje (T3) intervensjonelle og fjerde (T4) oppfølgingsøkten. Halvparten av deltakerne i hver gruppe vil ha mottatt aktiv tDCS under T1 og sham tDCS under T3, mens den andre halvparten av deltakerne vil ha mottatt disse tilstandene i omvendt og randomisert rekkefølge.

Den nåværende stimuleringen vil sakte økes fra 0 mA til 2 mA på ett minutt. For den anodale tDCS-tilstanden vil denne intensiteten opprettholdes i løpet av SRT-oppgaven (ca. 20 minutter). For den falske tDCS-tilstanden - ukjent for forsøkspersonen - vil stimuleringen reduseres gradvis mot 0 mA umiddelbart etter ett minutt. opprampe.

Et spørreskjema etter SRT-oppgaven fylles ut etter siste økt (T4) for å avgjøre om deltakerne ble klar over oppgavens sekvensielle karakter. Hvis deltakerne angir at de tror en bestemt sekvens dukket opp, må de gjengi sekvensen fra den siste økten så korrekt som mulig.

STATISTISKE ANALYSER

Alle statistiske analyser vil bli utført ved hjelp av International Business Machines (IBM) Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) Statistics versjon 26. Signifikansnivået settes til α = 0,05. En trend mot signifikans vil bli definert som 0,05 ≤ α < 0,10. Passende korrigeringer for flere sammenligninger vil bli gjort når det er nødvendig. Cohens f-effektstørrelser vil bli rapportert, med verdier på 0,10, .25 og .40 som representerer henholdsvis små, mellomstore og store effektstørrelser.

Ved nulleffekter vil etterforskerne konkludere med at det ikke er bevis for forskjell mellom tilstandene. Imidlertid vil etterforskerne også beregne post-hoc Bayes-faktorer for hver gruppe (konvensjonell tDCS, HD tDCS) for å vurdere om en mangel på forskjell i sekvenslæring mellom anodale og sham-stimuleringsforholdene kan tolkes som bevis for fravær av en effekt av tDCS om sekvenslæring.

Korrelasjonsanalyser, Bonferroni-korrigert for flere sammenligninger, vil bli utført for å undersøke om mengden IMSL korrelerer med demografiske variabler (inkludert kliniske subtyper av PD). Hvis forutsetninger for parametrisk testing brytes, vil det ikke-parametriske alternativet Spearman's Rho bli beregnet.

Resultatene av SRT-oppgavene i løpet av, 5 minutter etter og en uke etter sham tDCS vil tjene som baselinemål som skal sammenlignes med resultatene etter faktisk anodal tDCS.

Analysene av SRT-oppgaveytelsen vil være basert på median reaksjonstid (RT) per blokk i stedet for gjennomsnittlig RT for å minimere potensielle avvikende effekter. Praksisforsøk, første respons etter hver pause, feilsvar og svar etter feil vil bli ekskludert fra analysene. Median RT per blokk vil bli analysert for å bestemme (1) en generell læringseffekt (sekundært resultatmål) og (2) en sekvensspesifikk læringseffekt (primært resultatmål).

Generelle læringseffekter under og en uke etter tDCS vil bli avledet fra en nedgang i median RT over de syv regelmessig sekvenserte blokkene (dvs. Blokk 1-6 og Blokk 8). Dette vil ikke være aktuelt for 5-minutters SRT-oppgaven etter tDCS, da det er en kortversjon med bare tre blokker. En 2x2x2x7 gjentatte mål ANOVA vil bli utført med enhet (konvensjonell tDCS, HD tDCS) som mellom-subjektfaktor og stimulering (aktiv, sham), tid (i løpet av, post1 uke) og blokk (blokk 1-6, blokk 8) som innenfor -fagsfaktorer.

Sekvensspesifikke læringseffekter i løpet av 5 minutter og 1 uke etter tDCS vil bli analysert ved å subtrahere gjennomsnittet av median RT for tilstøtende sekvenserte blokker (blokk 6 og 8 under stimulering og én uke etter tDCS; blokk 1 og 3 kl. 5 minutter etter tDCS) fra median RT for den tilfeldige blokken (Blokk 7 under stimulering og 1 uke etter tDCS; Blokk 2 ved 5 minutter etter tDCS). En 2x2x2x3 gjentatte mål ANOVA (eller Friedman og Wilcoxon signerte rangetester som ikke-parametriske alternativer) vil bli utført med enhet (konvensjonell tDCS, HD tDCS) som mellom-subjektfaktor og stimulering (aktiv, sham), sekvens (tilfeldig blokk, gjennomsnitt av tilstøtende sekvenserte blokker) og tid (i løpet av, post5min, post1week) som innen-fagsfaktorer.

I tilfelle antakelser om sfærisitet brytes, vil Greenhouse-Geisser eller Huynh-Feldt-korreksjoner bli rapportert. Bonferroni-korrigerte t-tester vil bli implementert for å videre analysere signifikante hoved- og interaksjonseffekter.

Feilprosentene i SRT-oppgaven er generelt små og derfor, på grunn av et begrenset antall observasjoner, mindre følsomme for IMSL. Prosentandelen feilreaksjoner per blokk vil bli beregnet for både stimuleringsforhold (anodal, sham) og for de tre målingene over tid (samtidig, post5minutes, post1week). Shapiro-Wilk-testen av rester vil bli utført for å evaluere normaliteten i distribusjonen.

Den sekvensielle skåren, som utfallsmål for eksplisitt kunnskap, vil bli tatt opp som en kovariat i analysene. En uavhengig t-test (eller ikke-parametrisk alternativ Mann-Whitney U-test) vil bli utført for å fastslå om de sekvensielle skårene (x/12) til den konvensjonelle tDCS-gruppen er forskjellig fra HD tDCS-gruppen.